CNC二维工作平台设计说明书
CNC二维工作平台的设计-机电一体化课程设计方案
CNC二维工作平台的设计-机电一体化课程设计方案设计方案：CNC二维工作平台的设计一、课程设计目标：通过机电一体化课程设计，学生应能够完成CNC二维工作平台的设计，掌握相关的机电一体化知识和技能，熟悉CNC技术的应用。
二、设计内容：1. 了解CNC技术的基本原理和应用领域；2. 分析CNC二维工作平台的功能需求和设计要求；3. 进行CNC二维工作平台的机构设计，包括框架结构、运动导向和传动机构等；4. 进行CNC控制系统的设计，包括控制器的选型和布置、传感器的应用和接口设计等；5. 进行CNC二维工作平台的电气设计，包括电源和驱动电路的设计、信号线路的设计等；6. 进行CNC二维工作平台的编程设计，包括运动路径规划、速度控制和加工程序编写等；7. 进行CNC二维工作平台的组装调试，包括系统的安装和连接、参数的设置和校准等；8. 基于CNC二维工作平台进行加工实验和性能测试；9. 完成相应的课程设计报告和展示。
三、设计步骤：1. 学习CNC技术的基本原理和应用领域，了解CNC二维工作平台的功能需求和设计要求；2. 进行CNC二维工作平台的机构设计，包括框架结构、运动导向和传动机构等，可以采用标准件和自制件相结合的方式；3. 进行CNC控制系统的设计，选择合适的控制器，并设计相应的接口电路和传感器应用；4. 进行CNC二维工作平台的电气设计，包括电源和驱动电路的设计、信号线路的设计等；5. 进行CNC二维工作平台的编程设计，根据加工需求进行运动路径规划、速度控制和加工程序编写等；6. 进行CNC二维工作平台的组装调试，安装控制系统和电气装置，进行参数的设置和校准等；7. 基于CNC二维工作平台进行加工实验和性能测试，测试其运动精度和加工能力等；8. 撰写课程设计报告，总结设计过程和结果，并进行设计展示。
四、设计要求：1. 设计过程中注意机电一体化的原则，力求机械结构、电气系统和控制系统的紧密结合和协调工作；2. 设计的CNC二维工作平台应具有良好的运动精度和稳定性，能够实现目标加工要求；3. 设计报告应包括设计目标、设计过程、设计结果和性能测试等内容，并附上相关的设计图纸和实验数据。
二维数控平台电气线路说明书
二维数控平台步进伺服系统电气线路说明书二维数控平台步进伺服系统的电气线路是为了实现对运动控制实验室内的微型二维机械平台的计算机控制而设计的。
该系统由机床电气部分和单片机步进电动机伺服驱动板卡两大部分组成。
首先介绍微型机床的电气部分，其电路图如图一所示。
在上述的电路图中，X驱动器和Y驱动器是指由微型机床生产厂家提供的配套步进电动机的驱动器。
该组驱动器的直流24V供电电压是由开关电源提供的。
开关电源是由工频市电供电。
其供电回路如下：220V交流电压供电回路先通过无触点开关的两个交流触点的引线端子，接入开关电源的220V的电源端，再经过1A的熔断器接入市电电源220V的另一端。
与此同时，220V的交流电压还接入一个小变压器，经过整流和稳压后，产生一个5V的稳定直流电压，用作单片机的工作电源。
开关电源的24V直流输出电压分别接入X、Y轴步进电机驱动器的电源端子。
该驱动器的型号为SH20403。
在上述电路图中，X、Y驱动器上各有10个接线端子，分成两组，其中，六端子组为步进电动机接口端子，该端子组最右侧的两个为电源端子，分别接24V 电压的正端和地端，其接线的颜色对应为红和兰，其余四个端子分别接X、Y轴的两个步进电动机的两相绕组B,A,,，其接线的颜色对应为黑、绿、红、兰。
AB四端子组是单片机控制接口端子，该端子组中最左边的一个端子接+5V电源，接线颜色为黄色，其余三个端子分别为脉冲、转向和锁定端子，分别用红、黄、兰三色的导线联结。
在上述电路中，开关电源的交流输入电压受到了无触点开关SSR的控制，由图中标注的符号可以看出，SSR的两个高压开关端子实际上接在其内部的一个双向可控硅的两极上，该双向可控硅由内部的光敏管控制；SSR的两个低压控制端子上标注了INPUT3-32VDC字样，表示当输入直流电压在3-32V范围内时，即可实现对双向可控硅的通断控制。
由图中标注的符号可以看出，其内部接入了一个发光二极管，单片机可以通过无触点开关的直流控制端对该发光二极管进行控制，进而实现对开关电源交流输入电压的通断控制。
数控钻床二维工作台设计毕业设计
毕业设计（论文）数控钻床二维工作台设计姓名：学号：所在系部：专业班级：指导教师：日期：毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）学生开题报告课题类型：课题类型： A-理论探究型 B-实践应用型摘要伴随着各行业对机加工产品要求的不断提高和数控技术的飞速发展，数控机床以其高精度、高效率和低劳动强度等诸多普通机床无法比拟的优势，成为当今制造业的主流加工设备，大多数企业的生产机床为普通机床，生产设备陈旧落后，用这种设备加工出来的产品普遍存在质量差，精度低，成本高，供货周期长等问题，已经不能适合当今企业所面临的竞争需要。
数控机床设计是机电一体化专业教学中的一个重要的实践环节，学生学完技术基础课和专业课，特别是“数控技术”课程后应用的，它是培养我们能力的重要步骤。
本设计是以机电一体化的典型课题---数控系统设计方案的拟定为主线，通过对数控系统设计总体方案的拟定、进给伺服系统机械部分设计，计算以及控制系统硬件电路的设计，使学生能够综合应用所学过的机械、电子和微机方面的知识，进行一次机电结合的全方面训练，从而培养我们初步设计计算的能力以及分析和处理生产过程中所遇到的问题的能力。
AbstractWith the industry machining the continuous improvement of product requirements and rapid development of NC technology, CNC machine tools with high precision, high efficiency and low labor intensity, and many other general machine tools can not match advantage, become the mainstream of manufacturing and processing equipment, Most of the production machine for the general machine tools, production equipment, outdated, Use this equipment out of the prevailing poor quality products, low precision, high cost, long lead and other issues, can no longer suited to today's enterprises face the need for competition. CNC Mechatronics curriculum design is an important teaching practice link, Xueshengxuewan technical courses and specialized courses Especially the "numerical control technology," the application of course, it is to train students to integrate theory with practice, solving practical problems important step. The course design is based on a typical mechatronic system design topics --- CNC program development as the main line, numerical control system design by developing the overall program, into the mechanical design of the servo system Composite applications enable students to have learned the mechanical, electronic and computer knowledge, to conduct a mechanical and electrical integration of all aspects of training, which students have the computing power and the preliminary design analysis and process of production capacity of the problems encountered .Keywords：general Milling NC mechanical parts servo system design transformation目录摘要 (i)Abstract (ii)绪论 (1)1 概述 (2)1.1 数控铣床工作台（X-Y）轴参数 (2)1.2 总体方案设计 (2)2 设计计算 (5)2.1计算切削分力及其额定功率 (5)2.2导轨摩擦力的计算 (6)2.3计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力 (6)2.4滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算 (6)2.4.1确定滚珠丝杠的导程 (6)2.4.2计算滚珠丝杠螺母副的平均转速和平均载荷 (6)2.4.3确定滚珠丝杠预期的额定功率 (7)2.4.4按精度要求确定允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径 (7)2.4.5初步确定滚珠丝杠螺母副的规格型号 (8)2.4.6确定滚珠丝杠螺母副的预紧力 (8)2.4.7计算滚珠丝杠螺母副的目标行程补偿值与预紧伸力 (8)2.4.8确定滚珠丝杠螺母副支撑用的规格型号 (9)3 滚珠丝杠螺母副的承载能力校验 (10)3.1滚珠丝杠螺母副临界压缩载荷的校验 (10)3.2滚珠丝杠螺母副临界转速的校验 (10)3.3滚珠丝杠螺母副寿命的校验 (11)4 计算机械传动系统的刚度 (11)4.1机械传动系统的刚度计算 (11)4.2滚珠丝杠螺母副的扭转刚度计算 (12)5 驱动电动机的选用与计算 (13)5.1计算折算到电动机轴上的负载惯量 (13)5.2计算折算到电动机轴上的负载力矩 (13)5.3计算坐标折算到电动机轴上的各种所需的力矩 (14)5.4.选择驱动电动机的型号 (15)6 机械传动系统的动态分析 (16)6.1计算丝杠-工作台纵向振动系统的最低固有频率 (16)6.2计算扭转振动系统的最低固有频率 (16)7 机械传动系统的误差计算与分析 (17)7.1.计算机械传动系统的反向死区 (17)7.2.计算机械传动系统由综合拉压刚度变化引起的定位误差 (17)7.3.计算滚珠丝杠因扭转变形产生的误差 (17)8 确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号 (18)8.1.确定滚珠丝杠螺母副的精度等级 (18)8.2确定滚珠丝杠螺母副的规格型号 (19)9 数控系统 (19)9.1 硬件设计 (19)9.2 步进电机开环伺服原理 (20)9.3 步进电机控制框图 (21)9.4 软件程序设计 (22)结论 (24)参考文献 (25)致谢 (26)绪论进入21世纪，我国机床制造业即面临提升机械制造业水平的需求而引发的制造装备发展的良机，也遭受到进入WTO后激烈的市场竞争的压力，从技术层面上来讲，加速推进数控技术将是解决机床制造业持续发展的一个关键。
通用两维运动平台说明书22
摘要X-Y工作台是指能分别沿着X向和Y向移动的工作台。
数控机床的加工系统、立体仓库中堆垛机的平面移动系统、平面绘图仪的绘图系统等,尽管结构和功能各不相同,但基本原理相同。
机电一体化系统是将机械系统与微电子系统结合而形成的一个有机整体。
本文通过对X-Y工作台的机械系统、控制系统及接口电路的设计,阐述了机电一体化系统设计中共性和关键的技术。
本次课程设计，主要设计和研究Ｘ－Ｙ工作台及其电气原理图。
确定Ｘ－Ｙ工作台的传动系统，并且选择了滚珠丝杠螺母的传动，验算了滚珠丝杠螺母的刚度、稳定性，寿命等参数；还设计了导轨，根据其用途和使用要求，选择了直线滚动导轨副，确定了其类型、转动力矩、转动惯量。
利用PLC设计其硬件电路图。
【关键词】：滚珠丝杠螺母副；直线滚动导轨副；步进电机；PLC控制目录第一章总体设计方案 (1)1.1系统运动方式的确定与驱动系统的选择 (1)1.2机械传动方式 (1)1.3数控系统选择 (1)1.4总体方案的确定 (2)第二章机床进给驱动系统机械部分设计计算 (3)2.1 设计参数 (3)2.2 滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (3)2.2.1 X向进给丝杠 (3)2.2.2 Y向进给丝杠 (5)2.2.3滚珠丝杠副的几何参数 (7)2.3 直线滚动导轨的计算与选择 (7)2.3.1 滚动导轨副的工作载荷计算 (8)2.4 步进电机的计算与选择 (9)2.4.1 转动惯量的计算 (9)2.4.2 电机的转矩的计算 (10)第三章数控系统硬件电路设计 (13)3.1 数控系统 (13)3.2 PLC数控系统硬件电路设计 (13)3.2.1 PLC数控控制系统框图 (13)3.2.3 PLC的类型 (14)3.2.4扩展功能模块的选型 (15)3.2.5 I/O口接线设计 (15)3.3 驱动器的选型 (16)3.4 三相步进电机工作原理 (16)3.5 控制系统的工作原理 (17)第一章总体设计方案1.1系统运动方式的确定与驱动系统的选择运动方式可分为点位控制系统、点位/点线系统和连续控制系统。
二维数控工作台设计
图 2 二维数控工作台结构图 1.电机底座 2.X 向步进电机 3.联轴器 4.工作台 5.滚珠丝杠 6.行程天关 7.滚动导轨 8.X 向支座
2.2 电机的选择 2.2.1 选择步距角， 确定脉冲当量
步距角θ=360°（ / ZKm ） =360°（ / 50*2*4 ） =0.9°
4 总结
基于 GT400 运动控制器的二维数控工作台为用户提供了一 个高度柔性的控制平台， 既允许用户利用运动控制器提供的底层 运动函数库进行电机运动规则和控制方面的实践， 也允许用户利 用 G 代码进行开放式数控系统的研究。实践证明， 本工作台运行 良好， 精度较高， 值得推广。
2.2.5 电机的选择
Design of 2D numerical control worktable
2 TIAN Zhen-ya1， GAO Dong-qiang1， GUO Wen-ju1， WANG Hai-bo1，
（1Shaanxi University of Science & Technology， Xi’ an 710021， China ） （2Northwest Institute For Non-ferrous Metal Research， Xi’ an 710021， China ） 【摘 要】简述了基于 GT-400 运动控制器的二坐标联动的开放式数控工作台的基本控制原理， 主 要介绍了机电传动部分以及故障诊断部分的设计， 实践证明该二维工作台实际运行良好， 可以满足一定 的生产及教学实验需要。 关键词： GT-400； 开放式数控工作台； 运动控制器 【Abstract】 The basic principle of a sort of 2D open numerical control worktable which was con－ trolled by GT-400 motion controller was introduced. The design of elctromechanical transfer motion and fault diagnosis of the worktable was described mainly. It has been proved that the open numerical control worktable is operating well and it can meet the need of the product and teaching experiment. Key words： GT-400； Open numerical control worktable； Motion controller 中图分类号： TH12， TP27 文献标识码： A
(完整版)XY数控工作台设计说明书.docx
一、总体方案设计1.1设计任务题目： X— Y 数控工作台的机电系统设计任务：设计一种供立式数控铣床使用的X—Y 数控工作台，主要参数如下：1）工作台面尺寸C×B× H＝【 200+（班级序号）× 5】 mm×【 200+（班级序号）× 5】mm×【 15+（班级序号）】mm；2）底座外形尺寸C1×B1× H1＝【 680+（班级序号）× 5】mm×【 680+（班级序号）×5】mm×【 230+（班级序号）× 5】 mm；3）工作台加工范围X=【 300+（班级序号）× 5】mm，Y=【300+（班级序号）× 5】mm；4） X 、Y 方向的脉冲当量均为0.005mm/脉冲； X、 Y 方向的定位精度均为± 0.01mm；5）夹具与工件质量M=【15+（班级序号）】kg；6）工作台空载最快移动速度为3m/min；工作台进给最快移动速度为0.5m/min 。
7）立铣刀的最大直径d=20mm；8）立铣刀齿数Z=3；9）最大铣削宽度a e20mm ；10）最大被吃刀量a p10mm 。
1.2总体方案确定（1）机械传动部件的选择① 导轨副的选择② 丝杠螺母副的选择③ 减速装置的选择④ 伺服电动机的选择（2）控制系统的设计① 伺服电机启动、停止、调速、正反转的控制② PLC 控制电机的梯形图编程XY数控工作台结构Y 方向传动机构微机工作台电型步进电接动机减速器机驱滚珠丝杠口动电人机接口路减步进电速滚器珠动机X 方向传动机构丝杠系统总体方案结构框图1.3设计的基本要求（1）按照机械系统设计的步骤进行相关计算，完成手写设计说明书。
（2）计算结果作为装配图的尺寸和零部件选型的依据，通过 AutoCAD软件绘制 XY数控工作台的总装配图，并绘制 AO图纸。
二维平台设计说明书
目录第一章二维运动平台总体方案设计 (1)第二章二维运动平台进给伺服系统机械部分设计计算 (3)2.1 确定系统脉冲当量 (3)2.2 确定系统切削力 (3)2.3 滚珠丝杠螺母副的计算和选型 (3)2.4滚动导轨副的计算与选型 (11)2.5 计算减速比i (13)2.6步进电动机的计算和选型 (13)第三章微机数控硬件电路设计 (20)3.1 MCS—51系列单片机简介 (21)3.1.1 MCS—51系列指令系统简介 (21)3.1.2 定时器/计数器 (21)3.1.3 中断系统 (23)3.2 存储器扩展电路设计 (23)3.2.1 程序存储器的扩展 (23)3.2.2 数据存储器的扩展 (24)3.2.3 译码电路设计 (24)3.3 I/O接口电路及辅助电路设计 (26)3.3.1 8155 通用可编程接口芯片 (26)3.3.2 8255 通用可编程接口芯片 (28)3.3.3 键盘显示接口电路 (30)3.3.4 电机接口及驱动电路 (31)3.3.5 辅助电路 (31)参考文献 (33)第一章二维运动平台总体方案设计1.1系统的运动方式与伺服系统的选择为了满足二维运动平台实现X.Y两坐标联动，任意平面曲面的加工，自动换象限，越位报警和急停等功能，故选择连续控制系统。
考虑到工作台的加工范围，不考虑误差补偿，故采用开环控制系统，由于任务书规定的脉冲当量尚未达到0.001mm,定位精度也未达到微米级，因此，本设计不必采用高档次的伺服电动机，可以选用性能好一些的步进电动机进行驱动，以降低成本，提高性价比。
1.2机械传动方式电动机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运动，要满足0.01mm的脉冲当量和 0.10mm的定位精度，滑动丝杠副无能为力，只有选用滚珠丝杠螺母副才能达到。
同时，为提高传动刚度和消除传动间隙，采用有预加负荷的结构。
1.3计算机系统根据设计要求，采用8位微机。
由于MCS—51系列单片机具有集成度高、可靠性好、功能强、速度快、抗干扰能力强，具有很高的性能价格比等特点，决定采用MCS —51系列的8031、80C31、8086、DSP、基于DSP的运动控制芯片，ARM嵌入式微处理器技术。
二维工作台课程设计【优秀】讲解
机电一体化系统设计课程设计报告设计题目：学院：姓名：班级（学号）：指导老师：时间： 2013年6月目录一、总体方案设计 (1)1.1、设计任务 (1)1.2、总体方案确定 (1)二、工作台的尺寸及其重量的初步确定 (4)2.1、工作台（X向托板） (4)2.2、工作台（Y向托板） (4)2.3、上导轨座（连电机）重量 (4)三、滚动导轨的计算与选择 (5)3.1、滑块承受工作载荷F的计算及导轨型号的选取 (5)3.2、导轨的寿命计算 (5)3.3、导轨额定动负载的核算 (6)四、滚珠丝杠的设计计算及选择 (6)F的计算 (6)4.1、滚珠丝杠最大工作载荷max4.2、滚珠丝杠静载荷c F的计算 (7)4.3、滚珠丝杠动载荷Q F的计算 (7)4.4、丝杠型号的确定 (8)4.5、丝杠压杆稳定性核算 (8)4.6、丝杠刚度的验算 (9)五、电机的计算与选择 (10)5.1、电机步距角的计算 (10)5.2、负载惯量的计算 (10)5.3、负载转矩的计算 (11)5.4、步进电动机最大静转矩的计算 (12)5.5、步进电动机的确定 (13)5.6、步进电动机的性能校核 (13)六、联轴器的选择 (14)6.1、联轴器的介绍 (14)6.2、联轴器的选择 (14)七、轴承的选择 (15)八、控制系统硬件设计 (15)九、控制系统的设计 (21)十、参考文献 (28)一、总体方案设计1.1 设计任务题目：CNC 二维工作平台的设计任务：设计两轴联动的数控X-Y 运动平台，完成机械系统设计、控制系统设计与相应软件编程，根据试验条件进行调试，完成整个开发系统；一人一题，其主要技术指标如下：1）工作台负载重量350N N =；2）工作台面尺寸为C B H 355mm 370mm 32mm ⨯⨯⨯⨯＝； 3）底座外形尺寸为C1B1H1420mm 430mm 32mm ⨯⨯⨯⨯＝； 4）加工范围X 125mm Y 120mm ==，； 5）工作台最大移动速度max 1.5/min V m =； 6）X,Y 方向的定位精度为0.025mm ±； 7）X,Y 方向的脉冲单量为0.015mm/step .1.2 总体方案确定1.2.1方案确定思想该工作台设计主要分为机械系统部件和控制系统部件，其中机械系统部件主要包括导轨副、丝杠螺母副、减速装置、伺服电动机和检测装置等，控制系统部件则包括CPU 控制电路、电源设计电路、输入信号电路、输出信号电路、步进电机驱动控制电路等。
二维数控精密工作台设计说明书
精密机械与仪器设计课程设计说明书二坐标精密工作台姓名：范红忠学号：310704040109专业班级：测控07-1 班指导教师：闫勇刚河南理工大学测控技术与仪器系2010.7.11目录1.概述 (3)1.1设计的目的 (3)1.2设计的意义 (3)1.3数控技术发展概况 (3)1.4二维数控精密工作台的原理 (4)1.4.1二维数控平台 (5)1.4.2曲柄连杆机构 (5)2.本次设计的任务和设计的整体方案 (7)2.1设计的任务 (7)2.2设计的整体方案 (7)2.2.1工作台总体结构的确定 (8)2.2.2传动方案的确定 (8)3.机械系统的设计计算 (9)3.1步进电机的初步确定 (9)3.1.1步进电机的脉冲频率计算 (9)3.1.2步进电机的驱动转矩计算 (9)3.2滚珠丝杆选择 (10)3.2.1滚珠丝杆工作长度计算 (10)3.2.2载荷计算 (11)3.2.3额定动载荷计算 (12)3.2.4稳定性校核 (13)3.2.5滚珠丝杆副的刚度计算 (14)3.2.6滚珠丝杆零件图 (14)3.3轴承的选择 (15)3.4滚动直线导轨选择 (15)3.4.1导轨额定寿命计算 (16)3.4.2导轨工作载荷计算 (17)3.4.3滚动导轨零件图 (17)3.5联轴器的选择 (18)3.5.1联轴器传递功率确定 (18)3.5.2联轴器的选定 (18)3.6系统整体性能计算 (19)3.6.1步进电机轴上总当量负载转动惯量计算 (19)3.6.2系统刚度计算 (19)3.6.3系统固有频率计算 (20)2.6.4系统死区误差计算 (20)3.6.5由系统刚度变化引起的定位误差计算 (20)4.二维数控精密工作台装配图 (22)5.总结 (23)参考文献 (24)1概述1.1设计的目的“精密机械设计基础”课程设计作为实践环节对于整个课程具有非常重要的意义。
在这次课程设计中不仅仅是完成一项指定的任务，更重要的是实际走过一个完整的设计过程。
机电一体化CNC数控工作台设计说明书
摘要X-Y数控工作台机电系统设计是一个开环控制系统，其结构简单。
实现方便而且能够保证一定的精度。
降低成本，是微机控制技术的最简单的应用。
它充分的利用了危机的软件硬件功能以实现对机床的控制;使机床的加工范围扩大，精度和可靠性进一步得到提高。
X-Y数控工作台机电系统设计是利用8031单片机，及2764, 6264存储器及8155芯片等硬件组成，在控制系统的硬件上编写一定的程序以实现一定的加工功能。
其基本思想是通过圆弧或者直线插补程序以实现对零件进行几何加工，每进行一段加工都要产生一定的脉冲以驱动电机正反转，同时通8155将相应的加工进刀信息送至刀架库中以实现以之相应的走刀，电机和刀具的相对运动所以实现了刀具对工件的加工。
该控制系统采用软件中断控制系统结构及子程序结构简单，条件明确在经济型数控中应用较多。
中断结构采用模块化结构设计因为这种结构便于修改和扩充，编制较为方便，便于向多处理方向发展。
X-Y数控工作台机电系统设计采用步进电机作为驱动装置。
步进电机是一个将脉冲信号转移成角位移的机电式数模转换器装置。
其工作原理是每给一个脉冲便在定子电路中产生一定的空间旋转磁场;由于步进电机通的是三相交流电所以输入的脉冲数目及时间间隔不同，转子的旋转快慢及旋转时间的长短也是不同的。
由于旋转磁场对放入其中的通电导体既转子切割磁力线时具有力的作用，从实现了旋转磁场的转动迫使转子作相应的转动，所以转子才可以实现转子带动丝杠作相应的运动。
本题目是步进电机，微型计算机，插补原理，汇编语言的综合应用。
关键词：步进电机，数控系统1 绪论1.1 X-Y工作台的发展趋势及产业化的现状当今世界电子技术迅速发展，微处理器、微型计算机在各技术领域得到了广泛应用，对各领域技术的发展起到了极大的推动作用。
一个较完善的机电一体化系统，应包含以下几个基本要素：机械本体、动力与驱动部分、执行机构、传感测试部分、控制及信息处理部分。
机电一体化是系统技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术、检测传感技术、伺服传动技术和机械技术等多学科技术领域综合交叉的技术密集型系统工程。
CNC二维工作平台设计
机电一体化系统设计课程设计说明书设计题目: CNC二维工作平台设计专业: 机械电子工程班级:学号:姓名:指导教师:二〇一三年十二月CNC二维工作平面设计摘要在本次设计中，我采用常规分离式主传动设计，机床主传动采用液压操纵机构，可实现十八级转速。
机床主轴箱内的传动齿轮均经淬硬磨齿处理，传动比稳定，运转噪音低。
机床主轴为二支撑结构，前支撑采用C级高精度轴承，润滑油润滑，提高了回转精度，使机床主轴具有良好的精度和刚性。
机床采用单片式电磁刹车离合器，解决主轴的刹车及离合问题，离合器安装于主轴箱带轮处，使床头箱内结构大为简化，便于维修。
机床两轴进给系统采用步进电机驱动滚珠丝杠的典型传动方式，在滑板与床鞍及床鞍与床身之间的滑动面处贴有TSF导轨板，滑动磨擦系数非常小，有助于提高了机床的快速响应性能及生产效率。
机床采用立式四工位刀架，该刀架布刀方便，刚性好。
进给方面，采用开环数控系统，即步进电机数控进给方式。
采用步进电机开环数控系统已基本能满足进给精度的要求。
主传动由于采用了分离传动发案，可较好的隔离电机及变速箱的震动，解决了热变形对主轴的影响，提高机床的加工精度。
再者，数控系统采用单片机技术，可靠性高，成本低，经济性好。
在总体性能上可以达到经济精密数控机床之列，达到较好的性价比。
该机床可以加工各种轴类、盘类零件，可以车削各种螺纹、圆弧、圆锥及回转体的内外曲面。
作为通用型机床，特别适合汽车工业、摩托车行业、电子工业、航天、军工等行业，对旋转体类零件进行高效、大批量、高精度加工时采用。
机床采用机、电、液一体化结构，整体布局紧凑合理，便于维修和保养，外形符合人机工程学的原理，宜人性好，便于操作。
关键词： CNC ；CJ6132 ；分离传动；步进电机目录任务分配 (1)第1章绪论 (2)1.1 设计背景 (2)1.2 系统总体方案设计概述 (2)第2章方案设计 (3)2.1 性能要求 (3)2.2 设计思路 (3)2.3 尺寸设计 (3)第3章机械结构设计（传动系统设计） (4)3.1 床身 (4)3.2 床头箱结构 (4)3.3 进给系统 (4)3.4 刀架 (4)3.5 尾座采用手动尾座 (4)3.6 冷却系统 (4)3.7 卡盘 (4)3.8 电气系统 (5)3.9 安全保护 (5)第4章CNC二维平台的控制电路的设计（硬件系统的设计） (6)4.1 主要参数的确定 (6)4.2 传动系统图拟定 (6)4.3 电机选择 (6)4.4 进给系统计算 (7)第5章数控系统设计 (9)5.1 单片机系统控制设计的基本要求 (9)5.2 数字控制系统框图 (9)5.3 数控系统的硬件特点 (9)5.4 控制系统图及芯片的选择 (10)5.4.1 系统的选用 (10)5.4.2 系统的扩展 (10)5.4.3 标准型数控系统 (11)5.4.4 MCS-51系列（三总线结构） (13)5.4.5 振荡器和时钟电路 (13)5.5 存储器及系统扩展设计。
二维精密工作台参考
精密机械与仪器设计课程设计说明书二维数控精密工作台学院：机电与信息工程学院班级：测控技术与仪器08级学号：0811350121姓名：吴桥摘要数控机床是一种高度自动化的机床，随着社会生产和科学技术的迅速发展，机械产品的性能和质量不断提高，改型频繁。
机械加工中，多品种、小批量加工约占80%。
这样，对机床不仅要求具有高的精度和生产效率，而且还要具备“柔性”，即灵活通用，能迅速适应加工零件的变更。
数控机床较好地解决了形状复杂、精密、小批、多变的零件加工问题，具有适应性强、加工精度高、工质量稳定和生产效率高等优点，是一种灵活而高效的自动化机床。
精密数控工作台可广泛应用于激光焊接、层射线扫描、械手检测装置及实用教学领域。
随着电子、自动化、计算机和精密测试等技术的发展，数控机床在机械制造业中的地位将更加重要，而X-Y作台是这些设备实现高精密加工的核心部件，对于提高产品的加工质量起着尤为重要作用。
关键字：数控工作台步进电机控制滚珠导轨目录一、二维数控精密工作台的原理 (1)二、传动方案的确定 (2)三、机械系统设计的整体方案 (2)(一)工作台总体结构的确定 (2)（1）丝杆螺母副的选用 (2)（2）导轨副的选用 (3)（3）联轴器的选用 (3)（4）电动机的选用 (3)(二)绘制总体方案图 (3)(三)工作台质量计算 (4)(四)滚珠丝杆选择 (4)（1）滚珠丝杆工作长度计算 (5)（2）滚珠丝杠副载荷及转速计算 (5)（3）确定预期额定动载额 (6)（4）传动形式和支承方式的选择 (7)（5）滚珠丝杆副稳定性校核 (9)（6）滚珠丝杆副的刚度计算 (10)(五)直线滚动导轨选择计算 (10)（1）导轨型式选择 (10)（2）导轨额定寿命计算 (11)(六)步进电机的计算与选型 (12)(七)联轴器的选定 (14)(八)轴承选择 (15)四、控制系统设计 (15)(一)控制系统总体方案 (15)(二)控制系统具体方案 (16)(三)光栅传感器 (17)五、结论 (18)六、参考资料 (19)一、二维数控精密工作台的原理如图2.1.1所示为二维数控平台实验原理样机原理图，图2.1.2为二维数控平台实物照片。
二维工作台综合课程设计说明书
综合课程设计说明书（第11组）重庆交通大学机电与汽车工程学院目录一、课程设计的题目及要求 (2)（一）题目 (2)（二）要求： (2)二、总体方案的确定 (2)三、机械部分的设计和计算 (3)1、工作台的初步设计： (3)2、滚动导轨的参数确定： (5)3、滚珠丝杆计算、选择。
(6)4、步进电机的选择 (8)5、齿轮计算、设计 (10)6、步进电机等效负载计算 (11)四、机床数控系统硬件电路设计 (12)1、确定硬件电路总体方案: (12)2、主控制器CPU的选择： (12)3、I/O口扩展电路设计: (12)4、键盘、显示接口电路: (13)5、步进电机驱动电路 (13)6、其它辅助电路设计 (15)五、系统控制软件的设计 (16)1、系统控制软件的主要内容 (17)2、程序设计技术 (17)3、步进电机控制子程序的设计 (17)4、汇编语言程序设计 (19)六、课程设计的心得和体会 (21)七、参考资料 (22)一、课程设计的题目及要求（一）题目：单片机控制步进电机驱动的多用XY工作台。
已知条件：定位精度：±0.01mm，滚珠丝杠及导轨使用寿命：T=15000h，中等冲击，各题目的有效行程、快速进给速度和工作载荷见下表：（二）要求：1.课程设计应在教师的指导下由学生独立完成，严格地要求自己，不允许相互抄袭；2.认真阅读《课程设计指导书》，明确题目及具体要求；3.认真查阅题目涉及内容的相关文献资料、手册、标准；4.大胆创新，确定合理、可行的总体设计方案；5.机械部分和驱动部分设计思路清晰，计算结果正确，选型合理；6.微机控制系统方案可行，硬件选择合理，软件框图正确；7.手工或电脑绘制机械系统装配图一张（A1），控制系统电气原理一张（A1），图纸符合国家标准，布图合理，内容完整表达清晰；8.课程设计说明书一份（不少于5000字），包括：目录，题目及要求，总体方案的确定，机械系统设计，控制系统设计，参考文献等。
数控机床工作台设计说明书
《数控机床》课程设计说明书设计题目：X—Y数控工作台机电系统设计班级：姓名：指导教师：机电一体化教研室2010年6 月目录一、设计目的 (3)二、设计任务 (3)三．总体方案的确定 (4)1、机械传动部件的选择......................................................................... . (4)(1)丝杠螺母副的选用 (4)(2)导轨副的选用 (4)(3)伺服电动机的选用 (5)2、控制系统的设计 (5)3、绘制总体方案图 (5)四、机械传动部件的计算与选型 (5)1、导轨上移动部件的重量估算 (5)2、铣削力的计算 (6)五、步进电动机的计算与选型 (9)1、传动计算 (9)2、计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量Jeq (10)3、计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩Teq (10)4、步进电动机最大静转矩的选定 (12)六、直线滚动导轨副的计算与选型 (14)1、块承受工作载荷的计算及导轨型号的选取 (14)2、距离额定寿命L的计算 (14)七、绘制进给传动系统示意图 (15)八、控制系统硬件电路设计 (15)九、步进电动机的驱动电源选用 (18)结束语 (18)参考文献 (20)一、设计目的《数控机床》课程设计是一个很重要的实践性教学环节，要求学生综合运用所学的理论知识，独立进行设计训练，主要目的：1）通过本设计，使学生全面地，系统地了解和掌握数控机床得基本组成及其相关基本知识，学习总体方案拟定、分析与比较的方法。
2）通过对机械系统的设计，掌握几种典型传动元件与导向元件得工作原理、设计计算方法及选用原则。
3）通过伺服系统得设计，掌握常用伺服电机得工作原理、计算选择方法与控制驱动方式。
4）培养学生独立分析问题和解决问题的能力，学习并初步树立“系统设计”的思想。
5）锻炼提高学生应用手册和标准、查阅文献资料以及撰写科技论文的能力。
数控旋转二轴工作台毕业设计说明书
目录设计总说明 (1)INTRODUCTION (2)1 前言 (1)1.1设计的目的和意义 (1)1.2 设计的内容和要求 (1)1.3 本设计的指导思想及应解决的主要问题 (1)1.4 本课题在国内外的发展概况及存在的问题 (2)2 总体设计方案 (2)2.1 数控旋转二轴工作台的介绍 (2)2.2 开环数控旋转二轴工作台的工作原理与特点 (3)2.3 总体方案的初步确定 (3)2.3.1 系统运动方式的确定 (3)2.3.2 伺服系统的选择 (4)2.3.3 执行机构传动方式的确定 (4)2.4 总体方案的提出 (4)3 主要传动部件、结构、动力参数设计计算及选择 (5)3.1 确定传动方案 (5)3.2 工作载荷的分析和计算 (5)3.2.1 铣削力的分析和计算 (5)3.2.2 切削力的计算 (6)3.2.3 进给工作台工作载荷计算 (7)3.3 中心回转轴的校核计算 (8)3.3.1 轴的强度校核计算 (8)3.3.2 轴的刚度校核计算 (9)3.4 蜗轮、蜗杆的设计与校核 (10)3.4.1 蜗轮蜗杆设计 (10)3.4.2 双导程蜗杆的原理及齿形的几何参数 (13)3.5 齿轮传动的设计 (14)3.5.1 Ｃ轴齿轮传动的设计 (14)3.5.1 Ｂ轴齿轮传动的设计 (17)3.6 传动系统的等效转动惯量和动力估算 (18)3.6.1 传动系统的等效转动惯量 (18)3.6.2 驱动扭矩计算 (19)3.7 步进电机的选择 (21)3.7.1 Ｃ轴步进电机的选择 (21)3.7.2 Ｂ轴步进电机的选择 (24)3.8数控旋转二轴工作台结构设计 (24)3.8.1 数控旋转二轴工作台液压结构设计 (25)3.8.1.1 结构说明 (25)3.8.1.2 液压缸参数和夹紧力计算 (25)1、液压缸工作压力的确定 (25)2、液压缸内径D和活塞直径d的确定 (25)3、液压缸壁厚和外径的计算 (27)4、液压缸工作行程与缸盖厚度的确定 (27)5、活塞及活塞杆处密封圈的选用 (27)3.8.2 数控旋转二轴工作台Ｂ轴结构设计 (28)3.8.3 主要轴承的选择 (28)4设计总结 (29)鸣谢 (30)参考文献 (31)设计总说明随着机械制造技术进步和生产的发展，数控机床得到广泛的应用，极大地提高了劳动生产力和产品质量。
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目录第一章CNC二维工作平台的总体结构特点 (1)1.1CNC工作台的结构类型及设计 (1)1.2拟定合理的传动方案 (3)1.3控制电机的介绍 (3)1.4伺服系统 (4)1.5联轴器的选择 (4)第二章螺旋传动结构设计及电机型号的具体选择 (6)2.1滚珠丝杠螺母机构介绍 (6)2.2丝杠螺母副设计及电机选择 (7)第三章轴承的类型及其支撑方式设计 (11)3.1轴承的类型介绍和具体选择 (11)3.2确定轴承的尺寸 (11)3.3对于轴承进行强度校核 (12)3.4选择轴承的润滑方式 (13)第四章导轨的设计 (14)4.1导轨的类型概述和选择 (14)4.2导轨的设计 (15)4.3导轨的刚度校核 (15)第五章其他技术说明 (16)5.1装配、拆装、安装的注意事项及工作环境要求 (16)参考文献 (17)第一章CNC 二维工作平台的总体结构特点CNC二维工作平台的总体设计是对此机器的总体布局和全局的安排以及简单零件设计。
总体设计的合理与否对设计有重要意义，也将影响机器的尺寸大小、性能、功能以及设计质量。
1.1CNC 工作台的结构类型及设计1.1.1CNC 二维工作平台的组成、结构、特性（一）CNC工作平台的主要组成。
CNC二维工作台主要是由工作台滑板（滑块）、直线移动导轨、螺旋传动（丝杠）机构、驱动电机、控制装置、位移检测器、和机体（机座）组成。
（二）CNC工作平台的结构。
CNC工作平台的结构有两种分类方法：（1）按电机与机座、工作台滑板的相对位置分为三种：1.驱动电机与X方向（或丫方向）工作台滑板连成一体。
这种形式简单，但造成低层驱动重量大，电机振动会影响工作台的精度，它适用于低速传动。
2.下层电机不与工作台连成一体，而是装在机座上，上层电动机则与工作台滑板连在一起。
这种形式结构复杂，但是减少了下层电机的驱动重量，适用于中、高速传动，应用较广。
3.将全部电机放在机座上，电机通过一套较长的传动装置驱动工作台移动，这样的结构虽然减轻了下层工作台的承载重量和电机振动的影响，但却影响了传动系统的刚度和运动速度的提高。
（2）按执行器（工作台）在空间的位移方向分为两种：卧式工作台和立式工作台。
卧式工作台：执行器在XOY平面内运动，即X，丫方向的丝杠均布置在水平面内。
这种结构能承受大的载荷，而且结构紧凑、工作可靠、稳定，定位精度高。
立式工作台：执行器在XOZ平面内运动，即一个方向的丝杠布置在水平面内，而另一个丝杠布置在铅垂面内。
这种结构的缺点是Z方向的丝杠及导轨的支承的刚度低，所以承载能力小。
（三）CNC工作台的特性。
（1 ）静态性能。
工作台的几何精度：它包括X-Y工作台导轨在水平面的直线性、垂直平面直线性、X方向与丫（Z）方向的垂直度、X-Y（Z）方向的反向间隙和反向精度以及工作台与运动平面间的不平行性。
系统的静刚度：工作台传动系统受重力、摩擦力和其他外力的作用而产生的相应变形，其比值成为静刚度。
工作台的定位精度和重复定位精度：指步进电机每走一步（发一个脉冲）工作台沿丝杠轴向方向所能产生的位移大小，一般为几微米至几十微米。
（2）动态性能。
包括工作台系统的振动特性和固有频率，速度和加速度特性，负载特性，系统的稳定性等。
1.1.2CNC二维工作平台的结构类型我们初步拟定了以下三个传动方案：1.电机与滑动工作台连成一体。
2.下层电机固定在机座上，上层电机固定在工作台滑板上。
3.全部电机放在机座上。
根据前面CNC的工作结构三种形式的介绍，对于卧式工作平台我们选择下层电机固定在机座上，上层电机固定在工作台滑板上的结构（即选择第二种类型）。
此结构适合低速运动。
1.1.3CNC二维工作平台结构设计及其机体尺寸（一）机体结构设计。
（1）正确选择截面形状及结构。
机体包括基座和支撑件，基座和支撑件具有以下特点：1、尺寸较大：是整台仪器的基础支撑件，不仅自身重量较大，而且承受主要外载荷。
2、结构比较复杂：有很多加工面或孔，而且相互精度和本身精度较高。
（2）合理布置加强筋和筋板。
合理布置加强筋和筋板可较好地提高刚度，其效果交织增加壁厚更好。
筋板按布置可分为纵向筋板、横向筋板和斜置筋板。
纵向筋板应布置在弯曲平面内，对提高抗弯刚度效果较好。
当构件受扭转载荷时，横向筋板对加强抗扭刚度有明显的效果。
斜置筋板兼有前两种的优点。
（二）合理确定机体的各部分尺寸。
（1）合理设计壁厚。
根据受力大小决定壁的厚度，壁厚过薄容易引起浇注不足和冷隔。
过厚容易产生缩孔和材料浪费，合理的壁厚是根据铸件材料和尺寸大小来确定的。
尺寸在200X 200〜500 x 500mm壁厚约为6〜10mm尺寸大于500X 500mn!勺，壁厚取10〜15mm加强筋的高度般不超过壁厚的5倍表1.机体的尺寸选择估计重量在610〜1000N,故选择表1中的第三栏（特殊颜色标注），设计时在X（或Y方向工作台滑板上固定联接件时用到加强筋，筋厚度应该取8mm（2）结合装配图确定机体的各部件尺寸工作台滑板和机座基本尺寸见表2:表2.机体部件基本尺寸1.2拟定合理的传动方案1.2.1按丝杠与螺母的相对运动分类按丝杠与螺母的相对运动来分，传动方案可分为四种。
（1）丝杠转动，螺母移动。
（2）螺母转动，丝杠移动。
（3）螺母固定，丝杠转动、移动。
（4）丝杠固定，螺母转动、移动。
我们选择第一种方案，即丝杠转动，螺母移动。
1.2.2按摩擦性质不同分类按摩擦性质不同，传动方案可分为滑动螺旋传动和滚动螺旋传动两种。
（一）滑动丝杠螺母机构。
滑动丝杠螺母机构具有结构简单，运动平稳，传动精度高，螺纹导程小，降速比大, 牵引力大等优点。
其缺点是摩擦阻力大，传动效率低，螺纹中有侧向间隙，故反向有空行程。
由于动静摩擦差别大，低速时可能出现爬行现象。
（二）滚珠丝杠螺母机构。
滚珠丝杠就具有螺旋滚道的丝杠和螺母间充满滚珠。
这些滚珠作为中间传动件，在螺母闭合的回路中循环滚动，使丝杠螺母副的运动由滑动变成滚动，以减小摩擦。
滚珠丝杠的传动效率很高，当双螺母预紧后，轴向刚度好，传动副爬行小，具有较高的定位精度，启动转矩小，传动灵敏，同步性好。
其缺点是结构复杂，制造较困难，价格昂贵，以及不能自锁。
根据CNC二维工作平台的要求，参看两种传动的特点，对于卧式CNC工作平台我们设计选择滚珠丝杠螺母传动。
由于滚珠丝杠螺母机构不具有自锁性，故应增加电磁制动装置，以达到精确定位的目的。
1.3控制电机介绍控制电机应根据转矩、位移速度、理论定位精度、工作行程和载荷大小来确定，常用的控制电机有步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机（又分为同步交流和异步交流）下面具体介绍步进电机。
步进电机又称脉冲电动机，且是数字控制系统中一种执行原件，其功用是将脉冲信号转换为相应的角位移或直线位移。
步进电机是关系到数控机床加工精度和加工速度等性能的关键性元件。
步进电机分为三种：永磁式（PM，反应式（VR和混合式（HB。
永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步距角一般为7.5 °或15°。
反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步距角一般为1.5 °，但噪声和振动都很大。
在欧美等发达国家80 年代已被淘汰。
混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。
它又分为两相和五相，两相步进角一般为1.8 °而五相步进角一般为0.72 °。
这种步进电机应用最广泛。
控制系统对步进电机的基本要求：1.在一定的速度范围内，步进电机能稳定的运行，输出轴转过的步数必须等于输入的脉冲数，不能“失步” 。
2.每输入一个脉冲信号，输出轴所转过的角度或前进的距离称为步距角，该值小而高，能保证控制系统的精度。
3.允许脉冲频率高，这样才能动作迅速，减少辅助工时，提高生产效率，但脉冲频率不宜过高，否则转矩将变小。
步进电机的基本特点：1.步进电机不是恒定通电，而是按一定的方式轮流通电，是通过“环形分配器”来实现的。
2.反应式步进电机可以按指令进行角度控制，也可以进行速度控制，这对本设计很重要，可以实现程序定位。
3.反应式步进电机无自锁能力，为保证步进电机转子能停在最后一个脉冲信号的角位移终点位置上采用带电定位方法（电磁制动装置）。
4.步距角越小，运动稳定性越好，Ts （最大负载转矩）越接近Tmax（最大静转矩）可选择不同的步距角（改变通电方式即可）。
1.4伺服系统1.4.1开环伺服系统这种系统主要是采用步进电机作为驱动元件，步进电机每接受一个脉冲指令，电机轴就转相应的角度，驱动工作台移动。
精度完全取决于电机、齿轮副、丝杠螺母副和工作台导轨等部件的精度，因此适用于精度要求不高的场合。
1.4.2闭环伺服系统这种系统的主要特点是工作台上装有位置检测装置，如旋转编码器、光栅传感器，可以随时测量工作台的实际位移，进而将测定值反馈到数字控制装置中的比较器中与指令信息进行比较，并且根据比较后的差值进行控制。
因此，有可能校正传动链内由于电器、刚度、间隙、惯性、摩擦及制造精度所形成的各种误差，从而提高伺服的精度。
这里我们采用闭环伺服系统。
这要求应用伺服电机，伺服电机一般是交流电机或步进电机。
1.5联轴器的选择1.5.1联轴器类型介绍及选型联轴器有刚性和挠性两种，刚性联轴器适用于两轴严格对中不发生相对位移的地方。
挠性联轴器适用于两轴有偏斜（可分为同轴线、相交轴线）或在工作中有相对位移（可分为轴向位移、径向位移、角位移、综合位移）的地方。
挠性联轴器又有无弹性元件的、金属弹性元件的和非金属弹性元件的之分。
后两种称为弹性联轴器。
CNC二维工作平台是高精度机电系统，要求定位精度高，启动灵活、频繁。
这就要求联轴器输出地角位移、转矩与电机输出地角位移、转矩同步性好，因此选择刚性联轴1.5.2联轴器的设计过程本设计是低速运转，采用夹壳联轴器，力矩较小，可以用螺栓紧固，也可以用键。
具体尺寸的设计，根据电机外伸轴和丝杠外伸轴直径确定，参见装配图。
在此介绍夹壳联轴器的性能指标和选择原因：夹壳联轴器是利用两个沿轴向剖分的夹壳，用螺栓夹紧以实现两轴联接，靠两半联轴器表面间的摩擦力传递转矩，利用平键作辅助联接。
夹壳联轴器装配和拆卸时轴不需轴向移动，所以装拆很方便，夹壳联轴器的缺点是两轴轴线对中精度低，结构和形状比较复杂，制造及平衡精度较低，只适用于低速和载荷平稳的场合，通常最大外缘的线速度不大于5m/s。
电机外伸轴和丝杠外伸轴直径d=12mm联轴器基本尺寸见下图。
50第二章螺旋传动机构设计及电机的选择2.1滚珠丝杠螺母机构介绍滚动丝杠，就是在具有螺旋滚道的丝杠和螺母间充满滚珠，这些滚珠作为中间传动件，在螺母上闭合的回路中循环滚动，使丝杠螺母副的运动由滑动变成滚动，以减小摩擦。
滚珠丝杠具有很高的传动效率（n =0.92〜0.96 ）；当双螺母预紧后，轴向刚度高；传动副的爬行小，具有较高的定位精度和随动精度；起动力矩小，传动灵敏，同步性好。